Двухколпаковая печь Кузнецова: устройство, принцип работы, порядовка и кладка своими руками

Несмотря на то, что Игорь Викторович Кузнецов не является автором тех принципов, на которых работают его двухколпаковые печи, именно он сделал их популярными и общедоступными, а также модернизировал разработки Грум-Гржимайло и Подгородника.

Поэтому сегодня двухколпаковые печи Кузнецова — это отдельное течением в печном деле, которое имеет как массу сторонников, так и немало противников. Ведь как печи любой другой конструкции, отопительные приборы, построенные по его примеру, обладают впечатляющими достоинствами и существенными недостатками.

В этой статье мы расскажем, как были изобретены и как устроены двухколпаковые отопительные печи Кузнецова, в том числе, с котлом и варочной плитой, а также предоставим порядовки для кладки своими руками.

Предыстория появления колпаковых печей

Вся история человечества связана со стремлением минимальными усилиями получить тепло, достаточное для комфортного проживания. Сначала это были костры и очаги, затем глинобитные русские печи и камины.

Первым образцом отопительного прибора, который при относительно небольших затратах топлива обогревал комнату в течение многих часов, стала «Голландка», привезенная Петром I из «великого посольства» в Нидерланды. Для своего времени «Голландка» являлась вершиной эволюции печного дела, но уже через полтора века на смену ей пришли более совершенные устройства, например, печь Утермарка.

В течение всей истории человечество познавало природу, пытаясь практически применять полученные знания, но до середины XVIII века сколько-нибудь связной и обоснованной теории печей не существовало.

Прорыв произошел в середине XVIII века, когда М. В. Ломоносов опубликовал диссертацию «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном» (1742 год), в которой рассказал о том, что теплый воздух всегда стремится подняться над холодным. Это, а также многие другие открытия, позволили перевести печное дело на научные рельсы, что сразу же сказалось на эффективности печей, вершиной эволюции которых являются колпаковые  отопительные приборы.

Принцип свободного движения газов

Основной проблемой, с которой сталкивались печники всех времен, была недостаточная тяга. Чтобы печь работала нормально, ей требовалась длинная дымовая труба, возвышающаяся над колосниковой решеткой на 6–8 метров. Причем, чем длинней были каналы в отопительном приборе, тем более длинной должна была быть труба.

До появления гидравлической теории Ломоносова не было никакого научного обоснования этого факта, однако Михаил Васильевич объяснил его тем, что у нагретого воздуха или любого другого газа заметно меньше плотность, поэтому он стремится вверх относительно более холодного газа.

В канальных печах и дымоходах поднимающемуся потоку дыма приходится вытеснять более тяжелый воздух комнатной температуры, проталкивая его к выходу дымовой трубы, поэтому тяга в холодной печи гораздо хуже, чем в прогретой. Понимание этого принципа позволило заменить несколько вертикальных или горизонтальных каналов на один, оснащенный рассечками, колпак.

Путь движения газов в каналах неизменен, они перемещаются смешанной массой, а наличие холодных фракций снижает общую температуру потока и стен дымохода. В колпаке же дымовые газы, благодаря большому свободному пространству, разделяются по температуре, что определяет их дальнейшее направление движения.

Благодаря тому, что выход в следующий колпак или дымоход всегда расположен максимально низко, горячие фракции стремятся вверх, отдавая максимум тепла окружающим стенкам и по мере остывания опускаясь все ниже.

При этом температура даже самых холодных фракций гораздо выше температуры воздуха в комнате, поэтому холодный дым, находясь в окружении горячего, постоянно стремится вниз, но, выйдя из дымовой трубы и оказавшись в окружении холодного воздуха, устремляется вверх. Это создает хорошую тягу даже при относительно небольшой высоте дымовой трубы.

Этот принцип назвали свободным движением газов (СДГ) и помимо существенных преимуществ у него есть весьма серьезные недостатки:

1. В колпаковых печках давление под крышей всегда выше, чем внизу, ведь горячие газы стремятся вверх и давят на крышку.
2. Благодаря свободному движению газы разделяются не только по температуре, но и по химическому составу, образуя очаги застоя угарного и углекислого газов. Поэтому при интенсивной топке в режиме нехватки воздуха нельзя резко и сильно открывать топочную дверцу, это может привести к хлопку или взрыву.
3. Разделение на фракции по температуре и химическому составу, а также избыточное давление в верхней части колпака, приводят к более высоким требованиям к кладке печей, поэтому Грум-Гржимайло рекомендовал все подобные отопительные приборы закрывать жестяными кожухами или штукатурить.

Почему двухколпаковые?

Основоположник строительства колпаковых печек профессор Владимир Ефимович Грум-Гржимайло в своей книге «Пламенные печи» описывал круглую одноколпаковую печь, предназначенную для отопления одной комнаты.

Плюсами такой конструкции являются:

• быстрый прогрев благодаря сложенным в четверть кирпича стенкам (более мощные конструкции сложены в полкирпича);
• экономичность – колпак в этой печи представляет собой огромную камеру дожига, поэтому выделяется максимум тепла при сгорании дров или угля;
• большая теплоемкость – ее обеспечивают контрфорсы, установленные поперек кладки кирпичи, заходящие внутрь колпака;
• нижний прогрев – дым уходит в дымовую трубу на уровне колосниковой решетки, поэтому корпус печи нагревается почти до самого низа.

Однако у такой печки есть и недостатки:

• сложная конструкция – не каждый печной мастер сможет сложить ее;
• недостаточная эффективность сгорания топлива из-за ограниченного поступления воздуха;
• высокое расположение хайла, через которое проходит вся смесь газов, поэтому холодные фракции снижают температуру дыма и ухудшают его дожиг в колпаке;
• сложная конструкция крышки колпака, которая является второй по температуре частью печи после топки;
• непригодность для обогрева двух и более комнат из-за круглой формы.

Подгородник, а затем и Кузнецов, творчески переработали идеи Владимира Ефимовича, отказавшись от круглой формы и одного колпака, это позволило сразу же на порядок снизить сложность всей конструкции, сделав ее доступной даже для начинающих печников.

Кроме того, расположение второго колпака над первым позволило спрятать наиболее горячую зону внутри печи и избежать всех сложностей, связанных с ее излишним нагревом. Отказ от контрфорсов снизил эффективность отбора тепла колпаком, но установка второго колпака над первым компенсировала снижение эффективности, отбирая недополученную нижней частью печи тепловую энергию.

Отличительные черты

Сохранив общие принципы, разработанные Грум-Гржимайло и Подгородником, Кузнецов внес в конструкцию следующие изменения:

• сухой шов, через который холодные газы попадали в нижнюю часть колпака минуя хайло;
• подачу вторичного воздуха (ВВ) над зоной активного горения – это улучшало сгорание пиролизных и дожиг дымовых газов;
• катализатор – он перемешивал газы на выходе из топки, благодаря чему улучшался их дожиг в колпаке.

Сухой шов, то есть тонкая (2–5 см) щель в задней части топливника, соединяет его с нижней частью колпака. Во время открытия топочной дверцы в топку попадает избыточное количество холодного воздуха, который охлаждает зону горения и снижает температуру отходящего в хайло дыма.

Поднявшись в верхнюю часть печи, холодные фракции сразу же движутся к подвертке дымовой трубы, не снижая температуры верхней части колпака, поэтому не закрытая после топки вьюшка или неплотно прикрытая дверца почти не влияют на запас тепла печи.

Подача вторичного воздуха улучшает сгорание пиролизных газов, если его температура достаточно высока, но без предварительного подогрева он наоборот, лишь ухудшает сгорание пиролизных газов, снижая общую температуру дыма. Чтобы подогреть ВВ, Кузнецов предлагал пропускать его через щель между стенками печи и футеровкой топливника.

Такой способ подачи улучшает горение на всех этапах, но особенно эффективно ближе к середине топки и до ее окончания, когда обратная сторона футеровки прогреется до нескольких сотен градусов.

В печах Грум-Гржимайло роль катализатора играло хайло уменьшенного сечения, которое создавало завихрения в восходящем потоке дымовых газов. Кузнецов пошел по тому же принципу, но разбил одно большое хайло, на несколько маленьких, что повысило эффективность перемешивания раскаленных топочных газов и остаточного кислорода, а значит улучшило дожиг.

Типы

Игорь Викторович Кузнецов сам поделил свои двухколпаковые печи на следующие типы:

1. БИК – Банные Игоря Кузнецова. Эти отопительные приборы предназначены для обогрева бань и саун, а внутрь них встроены емкость для камней и водогрейный котел.
2. ОИК – Отопительные Игоря Кузнецова. Семейство этих печек предназначено для обогрева одной или нескольких комнат, другие функции не предусмотрены.
3. ОВИК – семейство отопительно варочных печей ОВИК является наиболее универсальным, ведь не только обогревает дом, но и готовит пищу.
4. РТИК – в это семейство входят различные вариации двухколпаковых русских печей.

В любом семействе встречаются модификации с лежанками или каминами. Более подробное описание всех моделей этих отопительных приборов вы найдете тут.

Сравнение с печами других авторов

К сожалению, никаких серьезных исследований эффективности и различных параметров работы двухколпаковых печей Кузнецова никто не производил, поэтому у печников и пользователей печей нет единого мнения. Мы рекомендуем обратить внимание на ветки тематических форумов, где обсуждают печи Кузнецова и сравнивают с другими вариантами отопительных приборов.

Вот ссылки на наиболее интересные обсуждения:

1. www.forumhouse.ru.
2. forum.stovemaster.ru.
3. dacha.wcb.ru.
4. www.stroimdom.com.ua.
5. www.saveyou.ru.

Где брать порядовки и инструкцию по кладке?

На официальном сайте Игоря Викторовича Кузнецова доступны порядовки тех конструкций, которые он разработал, но проблема в том, что порядовка, особенно такого плана, полезна лишь опытным печникам. Ведь на ней виден лишь порядок укладки кирпичей каждого ряда, но не отмечены нюансы, сильно влияющие на работу отопительного прибора, поэтому неопытные печники и те, кто хочет сложить отопительный прибор для себя, нередко приобретают проекты, в которых все подробно прописано.

Ведь далеко не на всех порядовках указано, как прорезать кирпич под укладку колосниковой решетки или для подачи вторичного воздуха.

В интернете встречается много порядовок различных печей, многие из которых называют не только двухколпаковыми, но еще и печами Кузнецова. Если воспринимать это утверждение как заявление, что отопительный прибор сделан на основе какой-то модели, разработанной Игорем Викторовичем, то это одно, тут вполне допустимы даже заметные отклонения от исходного проекта.

Ведь кто-то меняет ширину, высоту или длину печи, кто-то комбинирует несколько конструкций, подгоняя их под свои нужды и создавая уникальную печь, которую вполне можно назвать построенной на основе печей Кузнецова.

То есть в каком-то роде такое изделие тоже является печью Кузнецова, как и творения его учеников, к разработке которых Игорь Викторович уже не прикладывал своих усилий. И совсем другое, когда кто-то утверждает, что эта печь разработана и построена легендарным печником, учеником Грум-Гржимайло и Подгородника. Если в первом варианте допустимы какие-то мелкие ошибки или технические решения, которые И. В. Кузнецов никогда не применял, то во втором случае любое отклонение будет вызывать подозрения.

Тем не менее, печь, созданная на основе работ Кузнецова и выполненная без грубых ошибок, будет эффективно работать, ведь в ее основе лежит принцип свободного движения газов, благодаря которому горячий дым всегда стремится вверх, а холодный воздух вниз.

Порядовка двухколпаковой печи Кузнецова от автора статьи

Предлагаем вашему вниманию порядовку двухколпаковой печи Кузнецова, составленную автором этой статьи на основе личного опыта.

Можно ли разработать и построить своими руками?

Если вас по каким-то причинам не устраивает ни один проект с его официального сайта, а разработки, выложенные на сторонних ресурсах, не внушают уважения, то вы можете попробовать создать проект такой печи самостоятельно. Для этого вам потребуются теоретические знания о процессах, происходящих в печах, а также методах кладки печей.

Это вы сможете почерпнуть из следующих книг:

1. И. С. Подгородник – Комнатные печи.
2. А. М. Шепелев – Кладка печей своими руками.
3. А. Е. Школьник – Печное отопление малоэтажных зданий.
4. И. С. Подгородников – Печи бытовые двухколпаковые.
5. В. Е. Грум-Гржимайло – Пламенные печи.
6. Ю. М. Хошев — Дровяные печи.
7. В. П. Протопопов – Печное дело.

Несмотря на то, что некоторым из этих книг скоро исполнится 100 лет, они до сих пор являются наиболее полезными для понимания процессов, происходящих в двухколпаковых отопительных приборах, а также способов кладки таких печей.

В качестве примера можно привести способ крепления топочных дверок на проволоку и другие металлические детали, получивший популярность благодаря своей простоте и частым упоминаниям в роликах доморощенных печников на Ютубе. При этом мало кто из таких авторов задумывается о том, что коэффициент температурного расширения металла гораздо выше, чем кирпича или кладочного раствора, а значит кладку будет рвать.

В этих же книгах подобный способ не только аргументированно раскритикован, но и даны различные альтернативные варианты, которые, спустя почти целый век, начинают обретать популярность. Например, крепление на жестяной кожух с прокладыванием базальтового картона или каолиновой ваты между кожухом и телом печки.

Вооружившись такими знаниями, вы сможете не только копировать чужие идеи, но понимая процессы, происходящие внутри отопительного прибора, самостоятельно разрабатывать новые конфигурации таких печей.

Много полезной информации вы найдете тут.

Полезные видео

Наглядно порядовки для возведения двухколпаковой печи Кузнецова описаны в этом видео:

Заключение

Двухколпаковые печи Кузнецова являются одними из самых эффективных отопительных конструкций, ведь в основе их работы лежит принцип свободного движения газов. Этот же принцип позволил отказаться от громоздкой системы вертикальных или горизонтальных каналов, что снизило сопротивление движению потока дыма, а значит при одинаковой высоте дымовой трубы в такой печке тяга будет заметно сильней, чем в канальной.